Air Fuel Ratio ? (AFR)
Untuk mengetahui apakah campuran bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar mempunyai ratio yang tepat kita bisa melihat kondisi motor di bagian ruang bakar dan performa saat dinyalakan.
Campuran yang tepat akan menghasilkan pembakaran yang sempurna sehingga busi berwarna coklat keabu-abuan dan kering, deposit karbon tidak banyak terbentuk, putaran mesin stabil dan mesin mudah distart.
Campuran yang terlalu kurus/miskin, bisa ditandai dengan kondisi sbb:
* Electrode pada busi berwarna putih
* Stasioner / langsam tidak stabil
* Mesin terasa cepat panas
* Mesin sulit distart
* Ngelitik / detonasi
Campuran yang terlalu gemuk/kaya bisa ditandai dengan kondisi sbb:
* Electrode busi berwarna hitam dan basah
* Knalpot berasap hitam
* Bahan bakar sangat boros
* Putaran mesin tidak stabil
* Banyak deposit karbon di dalam ruang bakar
* Mesin sulit distart
Untuk mendapatkan ratio yang tepat, karburator disetting agar aliran udara yang masuk sesuai dengan bahan bakar yang dikabutkan. Secara teoritis, untuk membakar bensin secara sempurna, ratio udara banding bahan bakar yang tepat adalah 15:1. Namun mesin memerlukan kondisi campuran yang berbeda bergantung pada kondisi kerja, contohnya sbb
|
Start
mesin dingin
|
2~3 : 1 (choke
dioperasikan)
|
|
Start
mesin yang sudah panas
|
7~8 : 1
|
|
Stasioner/langsam
|
8~10 : 1
|
|
Kecepatan
rendah
|
10~12 : 1
|
|
Kecepatan
menengah
|
15~17 : 1
|
|
Kecepatan
tinggi / beban berat
|
12~13 : 1
|
Secara umum,
peruntukan ratio yang baik sbb:
v * 12~13 : 1 : Adalah ratio yang menghasilkan tenaga yang paling besar / maksimum
v * 15 : 1 : Adalah ratio yang memungkinkan pembakaran
bensin secara sempurna
v * 16~17 : 1
: Adalah ratio untuk pemakaian bensin yang paling irit
Setelah kita perhatikan gambar diatas akan muncul pertanyaan berapakah
perbandingan udara dan bahan bakar agar terjadi
pembakaran yang sempurna ?
Setiap bahan bakar mempunyai
karakteristik tersendiri. Antara bahan bakar bensin, diesel, metanol maupun lainnya
memerlukan perbandingan udara-bahan bakar yang berbeda satu sama lainnya.
- Campuran = Campuran antara udara dan bahan bakar
- Perbandingan
campuran = Perbandingan
berat udara (Gud) dengan berat bahan bakar (Gbb)
dalam campuran.
- Perbandingan udara-bahan bakar (Air-Fuel
Ratio) = Perbandingan campuran
Dalam proses pembakaran sempurna bahan bakar hydrocarbon, C akan terbakar menjadi CO2
dan H akan menjadi H2O. Maka perbandingan dari berat
minimum udara terhadap berat bahan bakar disebut dengan perbandingan
campuran teoritis.
Sedangkan perbandingan campuran terhadap perbandingan
campuran teoritis inilah yang dinamai dengan Exces Air-Fuel Ratio.
Excess air-fuel ratio =
(perbandingan campuran) : (perbandingan campuran teoritis)
Sehingga dapat ditulis dengan formula:
Excess air-fuel ratio = (Gud/Gbb)
: (Gud/Gbb teoritis)
Jika excess air-fuel ratio nilainya kecil, maka ini berarti bahwa bahan bakar
yang dipakai terlalu banyak, atau kekurangan udara. Batas terendah excess air fuel ratio dapat berbeda
beda, tetapi boleh dikatakan tidak pernah lebih rendah dari 1,1. Maka meskipun
terdapat udara berlebihan, tetapi asap hitam juga masih bisa terjadi hal
tersebut menunjukkan bahwa pencampuran dengan pusaran didalam
ruang bakar tidak dapat berlangsung dengan baik.
Nilai perbandingan campuran teoritis
Misalkan bahan bakar yang digunakan adalah senyawa hydrocarbon yang diketahui
data datanya sebagai berikut:
- 86% beratnya
adalah carbon / C
- 14% beratnya
adalah hydrocarbon / 2H2 .
- Berat atom C
adalah 12,011 g/mol
- Berat atom H
adalah 1,008 g/mol. (lihat tabel periodik).
Persamaan
pembakarannya adalah:
- C + O2
= CO2
- 2H2
+ O2 = 2H2O
Ini artinya bahwa untuk membakar 12,011 g Carbon diperlukan 1 mol O2,
dan untuk membakar 4,032 g (2 x 1,008 x 2) Hydrocarbon diperlukan 1 mol O2.
Volume setiap 1 mol gas apapun pada kondisi 0ºC (273 K) dan 760 mm Hg (1 atm)
adalah 22,41 Liter.
Udara terdiri atas 21% volume O2 dan 79% volume N2,
lainnya 1%. Maka volume minimum udara yang diperlukan untuk membakar sempurna
bahan bakar tersebut diatas adalah:
(komposisi atom C : berat atom C) x
volume setiap 1 kmol gas x (voleme udara total : volume oksigen)
((0,86/12,011)
+( 0,14/4,032)) x 22,41x 100/21 = 11,35 .
Oleh karena berat 1 liter udara setara dengan 1.293 g, maka perbandingan
campuran teoritis udara-bahan bakar menjadi: 11,35 x 1,293 = 14,68 g udara/g
bahan bakar, artinya secara teoritis untuk membakar 1 g bahan bakar secara
sempurna diperlukan 14,68 g udara, atau secara teoritis 1 gram bahan bakar
memerlukan 14,68 gram udara agar bisa terbakar secara sempurna.
Hubungan
antara AFR dengan deposit carbon
Kita perhatikan tabel di bawah
ini
Dapat di
perhatikan bahwa semakin kecil perbandingan udara terhadap bahan bakar maka
deposit carbon yang terbentuk akan semakin banyak, ini dikarenakan sisa
pembakaran (C) akan lebih besar nilainya, untuk mesin dengan menggunakan
karburator memang agak sedikit sulit untuk mendapatkan rentang AFR yang nyaris
sama di setiap putaran rpm nya di karenakan keterbatasan jetting karbu itu
sendiri, berbeda dengan sistem injeksi closed loop yang dapat meng atur dan
menyesuaikan afr sedemikian rupa hingga nyaris mendekati ideal pada setiap
putaran rpm nya
Penumpukan kerak
juga akan turut dipengaruhi oleh kondisi mesin itu sendiri, dimana kondisi seal
klep, ring piston, liner yang sudah aus akan menambah deposit kerak secara
signifikan karena adanya OLI yang ikut terbakar sisanya menetap di kepala
piston, penyetingan karburator secara benar akan turut menurunkan tingkat sisa
pembakaran ini secara signifikan juga, dimana apabila kita menyeting secara
tepat berada pada posisi air fuel ratio di 15:1 maka deposit carbon akan
menurun drastis, namun dengan konsekuesi tenaga yang dihasilkan juga akan
berkurang.
